In afara echipamentelor de comprimare si preparare a aerului comprimat si a elementelor de executie , instalatiile de actionari pneumatice contin si echipamente specifice pentru comanda. Aceste echipamente sunt denumite in general supape si distribuitoare si indeplinesc functii necesare asigurarii selectarii circuitului care trebuie actionat. In literatura straina de specialitate toate aceste echipamente sunt denumite valve.
Valvele pneumatice se pot considera, dupa functia de comanda indeplinita, ca facand parte din una din urmatoarele trei categorii:
- Directionale.In situatia in care aparatul inchide ,deschide sau selecteaza circuitul de trecere a aerului comprimat fara sa-i modifice presiunea sau debitul acestuia.
- De comanda a presiunii sau a debitului. In situatia in care aparatul are drept scop principal reglarea valorii presiunii sau debitului de aer comprimat care trece printr-o anumita sectiune a circuitului. La prezentarea solutiilor de preparare a aerului comprimat a fost prezentat un regulator de presiune.In mod similar exista si aparate cu ajutorul carora este reglata valoarea debitului.
- De comanda selectiva. Aceste aparate permit blocarea sau modificarea circuitului de curgerea aerului in functie de comanda pe care o primesc dar si de starea circuitului in care sunt montate
Aparatele de distributie pneumatica , indiferent de functia de comanda indeplinita, se pot clasifica dupa numarul de orificii de conectare la circuit in raport cu numarul de pozitii de comanda (stari interne) ale aparatului.Asfel ,un aparat care are cinci orificii de comunicare cu circuite si doua pozitii de lucru, de comanda, este intalnit sub denumirea distribuitor 5/2.
Din punct de vedere al elementului cu care aceste aparate asigura comanda, ele pot fi:
I-cu taler
II-cu seratr
III-cu diafragma
IV-cu disc.
Daca sunt echivalente ca numar de cai si de pozitii, aparatele de mai sus se reprezinta cu acelasi simbol conventional deoarece simbolul nu se refera la solutia constructive.
Cele mai frecvente aparate utilizate in circuitele pneumatice sunt cele cu taler si sertar, motiv pentru care se va vorbi despre aceasta.
Supape si distrubuitoare cu taler
Functionarea acestui tip de aparate are la baza o sectiune de curgere care poate fi inchisa sau deschisa cu ajutorul unui taler care poate inchide etans circuitul prin asezarea pe un scaun circular.Cel mai simplu aparat din aceasta familie se numeste supapa de sens unic.Rolul supapei de sens unic este acela de a permite trecerea aerului numai intr-un sens.Contactul dintre talerul supapei si scaun are loc prin intermediul unei garniture amplasata prin vulcanizare pe taler.
Supapa de sens unic este necesara ori de cate ori intr-un circuit trebuie impiedicata scurgerea aerului intr-un sens dar permisa alimentarea cu aer in celalat sens.In situatia in care in partea dreapta actioneaza aerul comprimat, iar in partea stanga presiunea aerului este foarte apropiata de valoarea presiunii atmosferice, pe suprafata talerului ia nastere o forta mai mare decat cea cu care talerul este apasat din sens contrar de catre arc, lucru care provoaca deplasarea talerului catre stanga si implicit deschiderea circuitului.In lipsa oricarei presiuni sau atunci cand presiunea aerului lucreaza dinspre partea stanga, arcul,eventual impreuna cu forta dezvoltata de presiune pe partea stanga a talerului asigura inchiderea etansa a circuitului.
Comanda manuala a aparatelor
Consta in prevederea din constructie a acestor aparate cu posibilitatea actionarii cu mana a elementului mobil.Va vom prezenta cateva dispositive de actionare manuala a aparatelor.
Monostabil actionat cu buton
-plonjorul este apasat prin forta transmisa prin buton
-trecerea aerului in cazul aparatului normal inchis, sau intreruperea trecerii la aparatul normal deschis, are loc la apasarea butonului
-eliberarea butonului produce revenirea aparatului in repaos
-acest fel de actionare face ca aparatul sa fie numit monostabil
Monostabil actionat cu parghie
–aparatul este actionat deplasand levierul in arcul sau de lucru
-operatorul trebuie sa tina levierul in pozitia de lucru pe durata actiunii
-la eliberarea levierului, un arc readuce aparatul in pozitia de repaos
-si in acest caz este un aparat de tip monostabil
Bistabil actionat cu pargie
-dispozitivul de comanda , odata actionat, ramane in aceeasi pozitie si dupa incetarea interventiei manuale.Revenirea la pozitia initiala are loc numai la o noua interventie manuala in sens invers.
Comanda mecanica a aparatelor
Dupa cum s-a aratat anterior, o instalatie pneumatica contine un numar de aparate conectate intr-un mod prestabilit.Functionarea instalatiei are loc atunci cand aerul comprimat trece prin circuite intr-o secventa anumita , stabilita prin proiect.Operatorul, de obicei se limiteaza la a demara secventa si, in cazuri speciale la a o opri.Semnalele automate de lucru in timpul secventei se pot obtine de la echipamente de comanda elecrtice, elctronice, sau de la aparate de tip ’ sesizoare de limita’ sau ‘de cursa’.
Aceste aparate sunt actionate prin dsipozitive mecanice si sunt adesea pozitionate la capetele de cursa ale cilindrilor.Actiunea poate avea loc cu ajutorul unor came plasate pe tijele cilindrilor sau pe piesel in miscare.Revenirea acestor aparate este de regula asigurata cu arcuri de revenire la incetarea actiunii.
Cele mai fecvente dispositive de comanda mecanica sunt:
–Parghia cu rola-este folosita atunci cand dispozitivul de interventie, de exemplu cama, se deplaseaza perpendicular pe axa aparatului.Este aratat modul correct de atac al rolei pentru a fi impiedicate solicitari nedorite ale parghiei.
-Parghia cu rola pe o directie –este un dispozitiv care actioneaza doar in cazul in care cama se deplaseaza intr-un sens, sensul opus neavand loc actiune asupra aparatului.
-Plonjor-dispozitiv utilizat in situatia in care axa aparatului este in linie sau paralel cu axul tijei cilindrului.Aparatul trebuie montat astfel incat cursa tijei cilindrului sa nu produca deplasarea excesiva la aparat.
DISTRIBUITOARE CU SERTAR TIP 3/2
Aceste aparate au componenta mobile de forma unui sertar cilindric care efectueaza o miscare de translatie alternative in una din pozitii pentru a stabili legaturi intre caile de trecere.Printr-o sectiune ingustata de la mijlocul sau, sertarul poate lega orificiile A la P sau A la R.
In comparative cu aparatele cu taler prezentate anterior, pentru a asigura un debit de trecere egal, aparatele cu sertar trebuie sa asigure la nivelul sertarului o deplasare mai mare.Sertarul executa o miscare de ordinal a 6mm, ceea ce inseamna ca este necesar un timp de comutare mai mare decat la aparatele cu taler.Acest timp de comutare este intalnit in documentatii sub denumirea ,,timp de raspuns”
Exista insa o serie de avantaje ale acestui tip de aparat, care nu are arcuri interne, dintre care mentionam:
-sertarul este natural stabil
-se pot prevedea o mare varietate de dispositive de antrenare
-simplitate, costuri reduse
Etansarea interna dintre componentele fixe si mobile este asigurata cu ajutorul garniturilor tip ,,inel O” din cauciuc sintetic asezate in lacase.Constructiv, este posibil ca aparatul sa aiba configuratie atat normal inchisa NC(NI) cat si normaldeschisa NO(ND)
DISTRIBUITOR CU SERTAR TIP 5/2
Pentru obtinerea unui aparat 5/2 este necesar sa se adauge un orificiu de consummator B si un orificiu de evacuare S.La distribuitoarele 5/2 orificiile pentru consumatroei, A si
B, sunt legate alternative fie la P, fie la R respective S.
Diferenta esentiala a acestui aparat fata de cel 3/2 este faptul ca orificiul de alimentare cu presiune este mereu conectat catre unul din orificiile de iesire catre consumatori.
In cazul aparatelor 5/2 nu se mai poate vorbi de vre-o conventie de tip ,,normal inchis-normal deschis”.
Reprezentarea simbolica se face totdeauna corespunzator pozitiei de repaos conectate la circuite.In cazul in care un aparat 5/2 este utilizat ca aparat 3/2 , se pune un semn in dreptul orificiului de consummator utilizat, sau se arata acest lucru prin legarea aparatului la restul schemei de principiu a instalatiei.
DISPOZITIVE DE COMANDA MANUALE SI MECANICE PENTRU APARATE CU SERTAR
(VALVE MANUALE SI VALVE MECANICE)
In cazul acestor aparate sunt prevazute solutii de actionare atat manuale cat si mecanice, ca si la aparatele cu taler, atat pentru functia monostabil cat si bistabil.Pentru asigurarea functiei monostabil este necesar un arc de revenire in pozitia initiala de repaos, in vreme ce pentru functia bistabil aparatul ramane in starea in care a fost actionat pana la o noua interventie.
Dispozitive de comanda pneumatice pentru aparate cu sertar
(valve pneumatice)
Acest gen de comanda mai este denumit si ,,comanda indirecta” sau ,,pilotare”.In aceasta situatie comanda se face prin intermediul altui aparat pneumatic, de dimensiuni mai mici, numit ,,pilot”, care poate asigura un semnal de comanda sub forma unei presiuni de aer care se aplica la aparatul comandat.
Aparate cu comanda electrica
(electrovalve pneumatice)
In instalatiile cu grad ridicat de automatizare, echipamentele pneumatice sunt conduse de echipamente de programare, microprocesoare, care asigura semnale electrice.Aceste semnale electrice pot fi amplificate si aplicate direct aparatelor pneumatice daca acestea sunt prevazute cu posibilitati de comanda electrica.Cea mai utilizata solutie de comanda electrica a aparatelor pneumatice este solenoidul, sau electromagnetul amplasat din constructie pe aparat pentru a asigura forta de deplasare a elementului mobil.
Electromagnetul este format dintr-o parte fixa care contine bobina, infasurarea electrica, si o parte mobile care este un miez magnetic plonjor, capabil sa se deplaseze pe directie axiala sis a dezvolte o forta suficienta pentru a invinge rezistentele care apar la deplasarea sertarului aparatului pneumatic.La alimentarea cu current electric a infasurarii, miezul este atras de piesele fixe ale circuitului magnetic cu o forta care depinde de numarul de spire si de intensitatea curentului.Prin proiectarea judicioasa a acestui ansamblu se poate obtine o comanda electrica eficienta energetic si rapida.
Constructiv, exista electromagneti pentru current continuu, de obicei cu tensiunea de 12V sau 24V, si electromagneti de current alternative, de regula pentru tensiunea 220V ef, frecventa de 50 Hz. Va prezentam cateva aparate complete cu comanda electrica si pilotare pneumatica.
Varianta 1-Aparat cu sertar actionat la capete prin presiuni de pilotare pneumatice comandate electric. Pilotii pneumatici de la extremitati sunt aparate 3/2 prevazute cu elctromagneti si montate cu suruburi si garniture de etansare.Electromagnetii de comanda sunt alimentati alternative, cand unul, cand celalat.In acest fel, aparatul are o functionare de tip ,,bistabil”.
Varianta 2-Aparatul cu sertar actionat la unul din capete cu presiune de pilotare pneumatica comandat electric si revine la pozitia initiala cu arc.Pilotul pneumatic este un aparat 3/2 prevazut cu electromagnet si amplasat la o extremitate cu suruburi si garnituri de etansare. In acest fel, aparatul are o functionare de tip ,,monostabil”
Varianta 3-Aparatul cu sertaractionat, ca in cazul anterior, la unul din capete cu presiune de pilotare pneumatica dar care are revenirea in pozitia initiala asigurata printr-o solutie numita ,,arc pneumatic”.Aceasta solutie de asigurare a revenirii consta in prevederea unui piston la capatul sertarului asupra caruia apasa presiunea aerului preluat de circuitul de alimentare al aparatului.Aceasta solutie presupune ca forta de apasare pe sertar, datorita ariei pistonului, sa nu fie in nici un moment ata de mare incat sa constituie o sarcina importanta care sa impiedice actionarea prin forta realizata de electromagnet, atunci cand aceasta este alimentat.Si acest aparat are o functionare de tip ,,monostabil”.
Varianta 4-Aparatul cu sertar actionat, ca in cazurile anterioare , la unul din capete cu presiune de pilotare pneumatica dar care are revenirea in pozitia initiala asiguratato prin intermediul unei presiuni de pilotare.Aceasta solutie de revenire este asigurata prin preluarea unei presiuni de pilotare din instalatie, sau dintr-un alt aparat pilot.Datorita faptului ca aparatul solicita doua semnale, functionarea va fi de tip ,,bistabil”
Distribuitoare cu trei pozitii
In instalatiile de actionare sunt situatii, destul de frecvente, in care sunt necesare distribuitoare cu trei pozitii.Aceste aparate sunt cunoscute ca fiind de tip 5/3.
Aparate de prelucrare a semnalelor
(elemente logice)
Aparatele de prelucrare a semnalelor, sau aparate logice, cum mai sunt denumite, sunt acele aparate care primesc semnale pneumatice , le prelucreaza in functie de starea lor si de logica lor de functionare furnizand semnale de iesire cu care vor fi conduse alte aparate pneumatice sau elemente de executie. Aceste aparate sunt, de regula, de dimensiuni mici, cu cai de trecere de diametru mic , de exemplu 2,5 mm, si de cele mai multe ori se gasesc grupate mai multe, cu mai multe functii, pe un acelasi ansamblu logic de comanda. Avem urmatoarele tipuri de aparate logice:
Pilot/Pilot 5/2(Memorie)
Aceste aparate sunt de tip ,,bistabil” si sunt utile in modificarea sau pastrarea semnalelor, fiind de regula, aparate cu sertar.
Pilot/Arc.Normal Deschis(NON-negare) sau Normal Inchis(DA-validare)
Acestea sunt in general aparate cu taler prevazute cu un indicator de semnal de iesire, pentru a usura intelegerea functionarii instalatiei.
Supapa de selectare(aparatul logic ,,SAU”)
Aparatul poate primi doua semnale de intrare, dar prezenta a cel putin unuia dintre ele este suficienta pentru a se obtine un semnal de iesire.
Supapa cu doua presiuni(aparatul logic ,,SI”)Aparatul poate primi doua semnale de intrare, dar nu furnizeaza semnal la iesire decat atunci cand amandoua semnalele de intrare sunt prezente.
Dimensiunea nominala a aparatelor
La prezentarea retetelor de distributie si aparatelor de preparare a aerului comprimat s-a aratat ca dimensiunea nominala, respective aria transversala(pependiculara pe directia de curgere), este determinate pentru debitul de lucru.
In cazul aparatelor de tipsupape-distribuitoare, la alegerea lor trebuie tinut cont de un numar de factori dintre care
-cu cat este mai mare sectiunea de curgere cu atat este posibila vehicularea unui debit mai mare, masurat in NI sau Nm3 pe unitate de timp,
– orice curgere este insotita de o cadere de presiune,
– debitelor mai mari le corespund caderi de presiune mai mari, pentru o anumita sectiune de curgere.
Dimensiunea nominala pentru fiecare aparat este o caracteristica prezenta in catalog. Ea reprezinta cea mai mica sectiune de trecere din aparat si este necesara la alegerea aparatului si a elementelor de racordare si de circuit necesare.Daca aparatul trebuie sa vehiculeze un anumit debit la o anumita cadere de presiune, diametrele elementelor de racordare si de circuit trebuie sa fie mai mari decat dimensiunea nominala a aparatului.
Dimensiunea nominala a unui aparat mai poate fi exprimata in termini de,,valoare nominala in NI/min”, sau ,,coeficient de debit” sau ,,Kv”.Aceasta valoare exprima debitul de apa (fluid incompresibil) care trece prin aparat, in litri/min, cu o cadere de presiune de 1 bar la o temperature ambianta de 20 grade C. In cazul cand sunt facute referiri la lichide cu alta greutate specifica decat apa, acest lucru trebuie corectat cu ajutorul unor monograme prezentate in cataloagele produselor.
Daca un aparat este folosit pentru a actiona unul sau mai multi cilindri, la inceputul actionarii consideram ca cilindri au camerele goale, volum zero. Debitul este definit in NI/min si este vital pentru a determina timpul in care este executata miscarea.Trebuie luate in considerare si conditiile de sarcina, deci de presiune.
Debitul poate fi obtinut cu relatia:
Q=(S x C( P+1))/1000 r
In care:
Q= debitul de aer liber, necomprimat , in NI/min
S= suprafata efectiva a pistonului, in cm2
C= cursa, in cm
P= presiunea de lucru, in bar
1000= constanta de transformare care reprezinta numarul de cm3 intr-un litru
r = timpul de parcurgere a unei curse, in minute.
Miscarea cilindrilor cu dublu efect este in general comandata cu aparate 5/2 sau 5/3. In cazul in care sarcina este aceeasi in ambele sensuri de miscare, timpul de parcurgere a cursei este diferit de la un sens la celalat, datorita diferentei de arii de la cilindrul cu tija unilaterala.este necesar sa se calculeze debitul necesar in fiecare sens de miscare si sa se aleaga valoarea cea mai mare pentru alegerea aparatului.
Aparate de reglare a debitului
(drosele)
Dupa cum s-a vazut pana acum, aerul comprimat poate fi descris prin cele doua principale caracteristici ale sale, presiunea si debitul , iar in general presiunea si marimea sectiunii de trecere determina debitul.
Exista aplicatii particulare in care, tinand cont de aceleasi fenomenefizice, sunt utilizate aparate care realizeaza anumite valori ale debitului in circuit, de exemplu in situatiile in care este necesara obtinerea unei anumite viteze de deplasare a tijei unui cilindru chiar si atunci cand rezistenta la tija este variabila.
Datorita particularitatilor de curgere ale aerului comprimat, reglarea debitului de aer este mult mai anevoioasa, regulatoarele de debit fiind caracteristicile aplicatiilor de actionari hidraulice, unde se foloseste un lichid de regula ulei hydraulic, aproape incompresibil.
Un regulator de debit este un aparat care regleaza aria de trecere a fluidului astfel incat sa se obtina o anumita valoare a debitului, fie numai intr-un sens, fie in amandoua sensurile.Aparatul poate fi, asadar, unidirectional sau bidirectional.